Mis on piesoelektriline andur? Mis on tuuletassi tuulekiiruse andur?
1. Andurite tutvustus
Andur (ingliskeelne nimetus: transducer/sensor) on tuvastusseade, mis suudab tajuda mõõdetud teavet ja teisendada mõõdetud informatsiooni elektrilisteks signaalideks või muuks nõutavaks teabeväljundi vormiks vastavalt teatud reeglitele, et täita teabe edastamise, töötlemise, salvestamise nõudeid. , kuvamine, salvestamine ja juhtimine. Paljude andurite tüüpide tõttu tutvustab toimetaja selles artiklis ainult piesoelektrilist andurit ja tuuletassi tuulekiiruse andurit.
2. Piesoelektriline andur
Kõigepealt heidame pilgu asjakohastele teadmistele piesoelektriliste andurite kohta. Rõhuandurid on tööstuslikus praktikas kõige sagedamini kasutatavad andurid ja meie tavaliselt kasutatavad rõhuandurid on peamiselt toodetud piesoelektrilist efekti kasutades. Selliseid andureid nimetatakse ka piesoelektrilisteks anduriteks.
Piesoelektrilistes andurites kasutatavate piesoelektriliste materjalide hulka kuuluvad kvarts, kaaliumnaatriumtartraat ja ammooniumdivesinikfosfaat. Nende hulgas on kvarts (ränidioksiid) looduslik kristall ja selles kristallis on piesoelektriline efekt. Teatud temperatuurivahemikus on piesoelektriline omadus alati olemas, kuid kui temperatuur ületab selle vahemiku, kaob piesoelektriline omadus täielikult (see kõrge temperatuur on nn Curie punkt). Kuna pinge muutumisel elektriväli veidi muutub (st piesoelektriline koefitsient on suhteliselt madal), asendub kvarts järk-järgult teiste piesoelektriliste kristallidega. Kaaliumnaatriumtartraadil on suur piesoelektriline tundlikkus ja piesoelektriline koefitsient, kuid seda saab kasutada ainult suhteliselt madala toatemperatuuri ja -niiskusega keskkonnas. Ammooniumdivesinikfosfaat on kunstlik kristall, mis talub kõrget temperatuuri ja suhteliselt kõrget niiskust, mistõttu on seda laialdaselt kasutatud.
3. Tuule tassi tuulekiiruse andur
Pärast piesoelektrilise anduri asjakohaste teadmiste mõistmist vaatame tuuletassi kohandatud anduri sisu.
Tuulekassi tuulekiiruse andur on väga levinud tuulekiiruse andur, mille leiutas esmakordselt Robinson Inglismaal. Hiinas on laialdaselt kasutatud tuuletassi tuulekiiruse andurit. Tuuletassi tuulekiiruse anduri sensorosa koosneb kolmest või neljast koonuse- või poolkerakujulisest tühjast tassist. Õõnes tassi kest kinnitatakse kolmeharulistele tähekujulistele kronsteinidele 120-kraadise nurga all või ristikujulistele kronsteinidele 90-kraadise nurga all. Tasside nõgusad pinnad on paigutatud ühes suunas ja kogu põikõla raam on fikseeritud vertikaalsele pöörlemisteljele.
Kui tuul puhub vasakult, on tuulekupp 1 paralleelne tuule suunaga ja tuule tassi 1 tuule surve komponentjõud tuuletassi teljega kõige risti olevas suunas on ligikaudu null. Tuulekapp 2 ja 3 lõikuvad tuule suunaga 60 kraadise nurga all. Tuulekupa 2 puhul on selle nõgus pind suunatud tuule poole ja kannab suurimat tuulerõhku; tuuletassil 3 on kumer pind, mis on suunatud tuule poole ja seda ümbritsev tuul muudab tuulerõhu väiksemaks kui tuulekupp 2. Tuulekupa 2 ja tuuletassi 3 rõhuerinevuse tõttu teljega risti olevas suunas tuulekupp, hakkab tuulekupp päripäeva pöörlema.
Pärast seda, kui tuuletass hakkab pöörlema, kuna tass 2 pöörleb mööda tuule suunda, väheneb tuule rõhk suhteliselt, samal ajal kui tass 3 pöörleb vastutuult sama kiirusega, tuule rõhk suhteliselt suureneb ja tuule rõhkude erinevus aina väheneb. Pärast teatud ajaperioodi (konstantne tuulekiirus), kui kolmele tuulekuppudele mõjuv osarõhu erinevus on null, hakkavad tuulekupud pöörlema ühtlase kiirusega. Nii saab tuule kiirust määrata vastavalt tuulekupi kiirusele (pööret sekundis).
Kui tuulekupp pöörleb, paneb see koaksiaalse mitmehambalise lõikeketta või magnetvarda pöörlema ja saab läbi ahela impulsisignaali, mis on võrdeline tuuletassi kiirusega. Impulsssignaali loendab loendur ja tegeliku tuulekiiruse väärtuse saab pärast teisendamist. Praegu on uues rootoranemomeetris kasutusel kolm tassi ja koonilise tassi jõudlus on parem kui poolkerakujulisel. Kui tuule kiirus suureneb, saab rootor kiirust kiiresti suurendada, et see vastaks õhuvoolu kiirusele. Tuule kiiruse vähenemisel inertsi mõjul tuule kiirus koheselt ei lange. Pöörlevad anemomeetrid näitavad tavaliselt puhanguti liiga suurt tuulekiirust ja neil on suurem mõju (tekitab keskmiselt umbes 10 protsenti viga).
